Atrasos de tempo decorrentes de transporte de massa, medidas, comunicação ou processamento computacional podem prejudicar o desempenho ou mesmo instabilizar uma malha de controle. Desse modo, é conveniente considerar o atraso no projeto do controlador. Porém o atraso na prática pode ser desconhecido ou sofrer alterações, seja por mudanças nas condições de operação ou falhas em componentes do sistema. Em tais situações, seria desejável adotar uma estratégia de controle que garanta estabilidade e atendimento a restrições operacionais mesmo na presença de incertezas sobre o atraso. Para esse propósito, emprega-se aqui uma técnica de controle preditivo robusto, que utiliza desigualdades matriciais lineares, para incorporar explicitamente incertezas de modelo na formulação do problema. Vale ressaltar que a lei de controle assim obtida pode ser demasiadamente conservadora em termos de desempenho e domínio de atração, se as incertezas forem caracterizadas de forma muito imprecisa. Por isso, pode ser de valia o uso de métodos de estimação que permitam reduzir a gama de possíveis atrasos a partir de um conjunto inicial de valores admissíveis. Neste contexto, as contribuições deste trabalho são as seguintes: (1) Desenvolvimento de um método para aproximação do domínio de atração do controlador por meio da envoltória convexa de pontos extremos; (2) Proposição de um estimador para determinação de valores de atraso consistentes com medidas ruidosas do estado da planta, a um dado nível de significância; (3) Utilização do estimador de atraso em conjunto com o controlador preditivo. Por meio de exemplos numéricos, observa-se que a redução na incerteza sobre o atraso é útil para ampliar o domínio de atração do controlador e melhorar o desempenho durante transitórios. Simulações de Monte Carlo são empregadas para ilustrar o funcionamento do estimador proposto. Por fim, apresentam-se resultados referentes ao uso do estimador em conjunto com o controlador preditivo. Para isso, considera-se um cenário de simulação no qual a referência para a malha de controle é periodicamente chaveada entre dois valores. A estimativa é atualizada a cada semi-ciclo de modo a levar em conta possíveis alterações no atraso. Os resultados mostram que a redução na incerteza resultante do uso do estimador propicia um melhor desempenho em malha fechada, em comparação com o uso de uma lei de controle que considera todos os possíveis valores de atraso.

O objetivo do trabalho foi o de desenvolver algoritmos que auxiliem a análise, síntese e simulação de sistemas lineares multivariáveis. Os algoritmos foram englobados em um pacote denominado Módulo de Projeto Assistido por Computador e deu-se preferência à implantação de rotinas que possuíssem aspecto relevante em engenharia de controle, utilizando o computador para calcular, manipular a otimizar problemas que normalmente consomem muito tempo e trabalho do projetista. Os programas utilitários foram baseados, sempre que possível, em algoritmos numericamente robustos. O pacote foi implementado em computador CDC CYBER 170/730, em linguagem de programação FORTRAN 5. As rotinas básicas permitem transformações de modelos matemáticos de sistemas lineares multivariáveis, simulações digitais a partir de representações internas ou externas, cálculo de valores singulares, soluções de equações de Riccati, emprego do método das desigualdades, traçado do Arranjo Inverso de Nyquist, entre outros. A chamada das rotinas básicas é controlada por um programa supervisor, o qual é também responsável pelo gerenciamento de dados, entrada do modelo do sistema, busca do modelo em sessões seguintes e apresentação de resultados em tela e em relatório. A interação do projetista é efetuada através de menu, selecionando-se as operações básicas disponíveis. O pacote de Projeto Assistido por computador possui estrutura modular para permitir expansões futuras.

A proposta de uma metodologia para o projeto de controladores automáticos inteligente e a aplicação de tal metodologia visando o controle ativo de vibrações mecânicas, configuraram-se desde o início nos dois objetivos principais da pesquisa que resultou neste texto. O controle ativo de vibrações mecânicas seria feito através da atuação de controladores automáticos em um sistema eletromecânico proposto com base no princípio da alavanca cujo objetivo é propiciar uma significativa redução na transmissão de vibrações entre uma fundação, ou base, e uma carga útil que uma vez colocada sobre o sistema eletromecânico proposto deve ser mantida isolada de tais vibrações. O sistema eletromecânico que foi concebido é descrito e três modelos são então construídos para representá-lo. Um modelo não-linear que, por ser considerado uma representação mais fiel do sistema físico proposto, é usado durante todas as etapas de projeto de controladores como o modelo de validação. Um segundo modelo é obtido via linearização por truncamento dos termos de ordem superior da expansão em série de Taylor do modelo não-linear. Um terceiro modelo é obtido considerando-se, ao longo do processo de modelamento, certas hipóteses simplificadoras e também resulta ser um modelo linear. Pelas facilidades vastamente conhecidas em se trabalhar com sistemas lineares, os dois modelos lineares são utilizados como modelos de projeto para obtenção e análises de controladores que são posteriormente validados utilizando-se o modelo não linear. Desta forma, após uma breve descrição das metodologias envolvidas, controladores robustos do tipo LQG/LTR e controladores nebulosos são projetados utilizando-se ambos os modelos lineares e em seguida submetidos a testes de validação através de simulações computacionais que utilizam o modelo não-linear. Por fim, com base em algumas metodologias oportunamente apresentadas, a proposta de uma arquitetura de controle para fusão de múltiplos controladores através de supervisão hierárquica inteligente é apresentada e um controlador hierárquico inteligente é projetado de maneira a efetuar a fusão dos sinais gerados por um controlador LQG/LTR e um controlador nebuloso. A proposta do sistema eletromecânico para isolamento de vibrações, a obtenção dos modelos, os projetos e análises dos controladores robustos e nebulosos, além de conclusões a respeito da validade das simplificações no processo de obtenção do modelo para fins de projeto, somam-se a própria proposta da arquitetura baseada em supervisão inteligente para fusão de controladores no sentido de compor a modesta contribuição que se espera este texto possa trazer a futuras pesquisas nestas áreas.

Neste trabalho será abordado o uso da técnica de controle robusto LQC/LTR, bem como dos controladores LQR e LGG aplicados aos modos Látero-direcionais e flexíveis. O principal objetivo da implementação do controlador é amortecer os modos flexíveis e estabilizar os modos látero-direcionais do bombardeiro B-1. Esta aeronave será usada por ser a única que tem as suas derivadas de estabilidade dos modos flexíveis disponíveis, além de ser tema de muitos trabalhos já publicados.

Este trabalho trata da avaliação experimental de um controlador preditivo robusto projetado via desigualdades matriciais lineares para um sistema de dinâmica rápida largamente utilizado na literatura. Tal sistema consiste de dois carros conectados entre si através de uma mola, com apenas um atuador. Em particular, é considerado um problema de descasamento de modelo, relacionado com alterações na constante elástica da mola, que pudessem decorrer de uma falha. O objetivo do controle é conduzir o sistema para uma posição desejada, respeitando restrições impostas sobre tensão de entrada e compressão da mola. De modo a levar em conta o tempo computacional necessário para o cálculo do controle, foi incluído no modelo da planta um atraso de um período de amostragem, considerando que o controle calculado seja armazenado para aplicação no próximo instante de amostragem. Resultados obtidos por meio de simulação e ensaio em bancada comprovaram que tal providência é importante para evitar instabilidade da malha de controle. Tendo-se tratado o problema do atraso computacional, verificou-se que o controlador preditivo robusto foi capaz de conduzir o sistema para próximo da posição de referência (com erro em regime devido à presença de atrito seco), respeitando as restrições de entrada e saída, mesmo na presença de incerteza sobre a constante de mola.

Durante a criação de novas tecnologias, as fases experimentais sempre tiveram uma grande importância, antecipando problemas que venham a existir com o produto desenvolvido e explicitando diferenças existentes entre a teoria e a prática. No ramo aeronáutico, especialmente no que envolve aeronaves de médio e grande porte, tais experimentos podem significar um risco financeiro muito alto, visto que tais aeronaves possuem um custo demasiado elevado. Tal fato impõe barreiras para o desenvolvimento, por exemplo, de novas e sofisticadas leis de controle para tais aeronaves, devido ao risco que existe de se perder a mesma durante um teste. Este projeto nasce da idéia de se utilizar aeronaves menores ou VANTs para tais testes, aplicando-se uma malha de controle interna que forçaria a dinâmica da aeronave menor e mais barata a se comportar de maneira idêntica, ou muito próxima, da aeronave original. O controle a ser testado poderia então ser aplicado nesse novo sistema, e os testes seriam realizados utilizando o VANT, que representa uma fração do custo da aeronave de grande porte, barateando o custo de novos desenvolvimentos. O projeto proposto utiliza a estrutura definida por Kreisselmeier para tal controle por modelo de referencia, utilizando um controle robusto para aproximar mais a resposta obtida da desejada em casos de modelos imprecisos do VANT em questão. O projeto é feito através de minimizações de normas, e validado com simulações não lineares em diversos pontos do envelope de vôo das aeronaves utilizadas.

Este trabalho trata do controle robusto de uma planta-piloto industrial multivariável utilizando a técnica LQG/LTR. Essa planta, que se encontra devidamente instalada em laboratório, foi fabricada pela empresa Yokogawa, e seu modelo matemático utilizado no projeto do controlador foi obtido através da técnica de identi_cação de sistema do tipo caixa cinza, que é explanada de forma pragmática neste trabalho. O modelo representa a planta com duas variáveis de entrada e duas variáveis de saída, sendo, assim, um sistema quadrado. Busca-se fazer o controle de nível em dois tanques simultaneamente, adotando-se como requisitos de projeto barreiras de estabilidade e desempenho robustos tratáveis com a técnica LQG/LTR, não deixando de observar as limitações físicas do aparato. Após a fase de projeto, implementa-se o controlador discretizado em um PC que está interligado através de rede Ethernet/protocolo OPC com o PLC da planta. Em tempo real, o sistema controlado deve conduzir as variáveis controladas às trajetórias de referência, bem como satisfazer os requisitos de estabilidade e desempenho robusto na presença de distúrbios paramétricos.

Estuda-se o problema de sintonia de controladores, objetivando-se a formulação do problema de sintonia ótima de controladores. Busca-se uma formulação que seja geral, ou seja, válida para qualquer estrutura de controlador e qualquer conjunto de especificações. São abordados dois temas principais: especificação de controladores e sintonia ótima de controladores. São compiladas as principais formas de especificação e avaliação de controladores e é feita a formulação do problema de sintonia de controladores como um problema padrão de otimização. A abordagem proposta e os conceitos apresentados são então aplicados em um conjunto de exemplos. / The problem of control tuning is studied, aiming the formulation of the optimal control tuning problem. A general formulation, valid for any controller structure and any set of specifications, is sought. Two main themes are addressed: controller specification and optimal controller tuning. The main ways of controller specification and assessment are compiled and the optimal controller tuning problem is formulated as a standard optimization problem. The proposed approach and the presented concepts are then applied in a set of examples.

Submitted by Ariel Starke Buzetti null (arielsbuzetti@gmail.com) on 2017-02-24T10:15:27Z No. of bitstreams: 1 Ariel - Dissertação de metrado - versão final.pdf: 5546326 bytes, checksum: 43f9ea288aaf8490ac26436f8aa9685d (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2017-03-06T14:13:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 buzetti_as_me_ilha.pdf: 5546326 bytes, checksum: 43f9ea288aaf8490ac26436f8aa9685d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T14:13:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 buzetti_as_me_ilha.pdf: 5546326 bytes, checksum: 43f9ea288aaf8490ac26436f8aa9685d (MD5) Previous issue date: 2017-01-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho aborda um tema recorrente em implementações práticas de sistemas de controle automático, que é a falha de medição dos sensores. Considerou-se que o vetor de estado disponível para a realimentação, denominado x_M(t), apresenta incertezas politópicas, relacionadas às falhas nos sensores. Uma das contribuições desse trabalho é a representação adequada em espaço de estados de um sistema linear e invariante no tempo utilizando x_M(t) e supondo as incertezas de medição invariantes no tempo. Com esta descrição, é proposto um procedimento de projeto de controle chaveado que garante a estabilidade do sistema controlado, com uma taxa de decaimento (beta) mínima previamente especificada. É apresentado um teorema que diminui a norma do controlador, para assim evitar problemas de saturação e uma forma de escolher outros vértices do politopo para diminuir o conservadorismo do sistema. Resultados teóricos e de simulações comprovam que o controlador chaveado proposto é menos conservativo do que o controlador tradicional com apenas um único ganho. Esse trabalho aborda também uma proposta para o projeto de um controlador que garante a estabilidade e uma taxa de decaimento mínima para o sistema controlado, mesmo que as falhas nos sensores variem no tempo. Ambos os projetos de controle são baseados em desigualdades matriciais lineares (do inglês, Linear Matrix Inequalities - LMIs) e utilizam uma função de Lyapunov do tipo quadrática. Análises teóricas, resultados de simulações e implementações práticas no controle de um sistema 2D ball balancer confirmam a eficiência dos dois métodos propostos. / This work addresses a recurring subject in practical implementations of automatic control systems, which is the sensor measurement failure. Thus, the state vector available for feedback, denominated x_ M(t), presents polytopic uncertainties. One of the contributions of this work is an adequate state space representation of a linear time-invariant system using x_ M(t), considering that the measurement uncertainties are time-invariant. Then, using this representation, is proposed a design procedure of a switched control that ensures the stability with a given minimum decay rate (beta) of the controlled system. It is also shown a theorem that decreases the controller's norm to avoid saturation problems and it is demonstrated how to choose the polytope's vertices to decrease the system's conservativeness. A theoretical analysis and simulation results show that the proposed switched control procedure offers less conservative conditions than that provided by using the classical controller with only one gain. This work also presents a controller design that ensures the stability, with a given minimum decay rate, of the controlled system, even if the sensor failure varies in time. Both control designs are based on linear matrix inequalities (LMIs) and use a quadratic Lyapunov function. A practical implementation for controlling a 2D ball balancer system confirms the efficiency of both proposed methods.

O restaurador dinâmico de tensão (DVR) é uma solução baseada em eletrônica de potência para minimizar os problemas causados por afundamentos e elevações de tensão em equipamentos ou cargas sensíveis a esses tipos de distúrbios. Basicamente a operação do DVR consiste em injetar na rede tensões de correção com a finalidade de anular o afundamento ou a elevação na tensão aplicada à carga. Tipicamente, a estrutura do controlador utilizado em um DVR é composta por uma malha interna de corrente e uma malha externa de tensão. Usualmente um controlador do tipo proporcional ou proporcional integral é utilizado na malha interna de corrente e um controlador ressonante é utilizado na malha externa de tensão. O presente trabalho apresenta um projeto de controlador robusto para rastreamento da tensão injetada pelo DVR que garante estabilidade robusta do sistema com respeito à variação dos parâmetros da carga. Além disso, o controlador proposto garante valores pré-definidos para o erro de rastreamento e para a rejeição do distúrbio causado por correntes de carga distorcidas na tensão injetada pelo DVR. A síntese do controlador robusto de tensão é feita com base no método de projeto H? pela formulação da sensibilidade mista. Todas as especificações de desempenho e robustez são impostas por meio de restrições nos diagramas de resposta em frequência do sistema em malha fechada (funções sensibilidade e sensibilidade complementar). O desempenho do controlador proposto é verificado e a metodologia de projeto é validada por simulações e experimentos realizados em um DVR de baixa potência. / The Dynamic Voltage Restorer (DVR) is a power electronics based solution for mitigation of voltage sags and swells effects on sensitive loads, which basically injects voltages in series with the grid. Typically the controller structure for a DVR is composed by an inner current loop and an outer voltage loop. Usually proportional or a proportional-integral controller is used for the current loop and a resonant controller is used for the voltage loop. This paper presents the design of a robust controller for the voltage tracking loop of a DVR that guaranties the robust stability against load parameters variation. Moreover, the proposed controller assures the tracking of a sinusoidal voltage waveform, as well the rejection of the non linear load current influence, both with a pre specified error. The voltage controller design is based on H? mix-sensitivity parameter specification approach. All the performance and robustness requirements are specified and analyzed based on the frequency response plot of closed loop transfer function (sensitivity and complementary sensitivity functions). The proposed controller performance is validated by simulation and by experiments carried out on a low scale DVR prototype.